第1章_概述和蓄电池

汽车电子技术 车辆工程系杨启梁 概述 传统汽车电器 新型汽车电子控制装置 汽车电子技术的发展 汽车电气系统 一传统汽车电器与新型电子装置 电源 1 传统汽车电器 蓄电池 6V 12V 24V 发电机 直流发电机 交流发电机 硅二极管整流 调节器 三联调节器 限流 限压 断流 单联调节器 电磁式 单 双触电 电子式 有 无触点 一传统汽车电器与新型电子装置 用电器 负载 起动机 点火装置 电子点火 照明装置 前照灯 雾灯 顶灯 行李箱灯 牌照灯等 信号装置 尾灯 转向灯 制动灯 倒车灯 喇叭等 刮水器 洗涤器 暖风与空调器 仪表 电流表 水温表 机油压力表 燃油表 车速 里程表 线路 线束 开关 保险 一传统汽车电器与新型电子装置 发动机 进气增压控制 点火控制 空燃比控制 爆震控制 怠速控制 2 新型电子装置 以计算机为控制核心 燃油喷射控制 排放控制 一传统汽车电器与新型电子装置 底盘 电子自动变速器 动力转向 巡航控制 制动防抱死 2 新型电子装置 以计算机为控制核心 传动系 悬架控制 防滑差速器 四轮转向 驱动防滑 转向系 制动系 行驶系 一传统汽车电器与新型电子装置 车身 2 新型电子装置 以计算机为控制核心 电动门锁 电动车窗 电动后视镜 电动车顶 天窗 电动天线 自动空调 自动座椅 音响 电视 视听设备 一传统汽车电器与新型电子装置 安全性 2 新型电子装置 以计算机为控制核心 安全气囊 自动安全带 防撞雷达 倒车报警 防盗系统 导航系统 基于GPS 车载电话 无线上网 信息与通讯 电子仪表显示 二汽车电子控制系统的发展 1 电子技术在汽车上的应用历程 1948年发明了晶体管 60年代初硅整流二极管应用于交流发电机 第一次在汽车上采用 继而用在点火系统和调节器上 1958年发明了模拟数字集成电路 IC 历经了10 15年 1976年模拟计算机控制的稀混合气燃烧控制系统首次在汽车上使用 二汽车电子控制系统的发展 1 电子技术在汽车上的应用历程 1977年数字计算机开始用于点火自动控制系统 1979年开发了能综合控制点火时刻 排气循环 空燃比和怠速速度 并具有自我诊断功能的电子式发动机集中控制系统 1980年开发了使用卡尔曼空气流量计的单点燃油喷射装置 80年代出现了微机控制的仪表系统 80年代以后 电子技术在安全 节能 环保及舒适性方面的应用更广泛 二汽车电子控制系统的发展 2 汽车电子控制系统的分类 日本 动力传动装置控制 发动机 燃料喷射量控制 点火控制 爆震控制 进气控制 怠速控制 动力传动装置 自动变速器控制 巡航控制 牵引控制 车辆控制 制动 防抱死系统 转向 动力转向控制 四轮转向控制 悬架 悬架控制 车身控制 安全装备 安全气囊 防撞系统 自动刮水器系统 舒适性装备 自动空调 导航系统 电子仪表板 二汽车电子控制系统的发展 3 汽车电子控制系统的发展趋势 采用综合控制系统例如 发动机集中控制系统 动力传动装置控制系统 智能化控制系统例如 智能化自动变速器 安全汽车 智能交通车辆 采用总线技术 电子控制装置小型化 占整车成本的比重将不断增加 二汽车电子控制系统的发展 3 汽车电子控制系统的发展趋势 我国80年代生产的普通桑塔纳和捷达轿车的电子装置的价值只占整车成本的2 5 90年代初生产的神龙轿车这一比例为2 6 2002年生产的帕萨特这一比例上升到18 7 上海通用的别克轿车则高达25 据估计 到2010年 汽车电子装置占整车的成本从2000年的平均15 20 增加到30 40 三汽车电气系统 采用双电源 发电机和蓄电池 单线制 用电设备通过搭铁线经机体构成回路 直流低压电源 早期 7伏 发电机 6伏 蓄电池 50年代中 14伏 发电机 12伏 蓄电池 柴油机 28伏 发电机 24伏 蓄电池 未来 42伏 发电机 36伏 蓄电池 第1章蓄电池 蓄电池的功用 铅酸蓄电池 燃料电池 本章介绍 蓄电池的功用 1 发动机起动时 向起动机和点火系统等供电 2 发电机不发电或电压较低的情况下 向用电设备供电 3 当用电设备同时接入较多 发电机超载时 协助发电机供电 4 蓄电池相当于一个容量很大的电容器 可吸收电气系统随时出现的瞬间过电压 浪涌电压 以保护电子元器件不被损坏的 铅蓄电池的性能特点 内阻小 起动性好 能用作起动型蓄电池 必须能满足起动发动机起动的需要 即短时间内 5 l0s 可供给起动机强大的电流 一般为200A一600A 有的柴油机可达l000A 构造简单 价格低廉 1 1蓄电池的构造与型号 图1 1蓄电池的构造1 蓄电池外壳2 电极衬套3 正极接线柱4 连接条5 加液孔螺塞6 负极接线柱7 负极板8 隔板9 封料10 护板11 正极板12 肋条 1 极板组极板分正极板和负极板两种 正极板上的活性物质是二氧化铅 呈棕红色 负极板上的活性物质是海绵状纯铅 呈青灰色 正极板比负极板要厚一些 负极板厚度一般为正极板厚度的70 80 正极板厚度为2 2 2 4mm 负极板厚度1 6 1 8mm 安装时 将正负极板组相互嵌合 中间插入隔板 就成了单格电池 在每个单格电池中 负极板的数量总是比正极板要多一片 2 隔板隔板材料应具有多孔性结构 以便电解液自内渗透 而且化学性能应稳定 具有良好的耐酸性和抗氧化性 3 壳体蓄电池壳体为一整体式结构的容器 极板 隔板和电解液均装入外壳内 蓄电池电压一般有6v和12v两种规格 因此 外壳内由间壁分成3个利6个互不相通的单格 外壳应耐酸 耐热 耐寒 抗震动 并具有足够的机械强度 4 电解液电解液是由相对密度1 84的纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成 一般比重为1 24 1 30 不能用一般工业用硫酸和普通水 5 蓄电池的产品型号第 段表示串联的单格电池数 第 段表示蓄电池的类型和特征 第 段表示蓄电池的额定容量 例如 6 Q 120蓄电池 表示由6个单格电池组成 额定电压为12V 额定容量为120Ah的起动用蓄电池 1 2蓄电池的工作原理 1 放电过程 充电状态 溶解状态 外电路接通 放电后生成物 化学反应式 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O 2 充电过程 化学反应式 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O 蓄电池在放电时 电解液中的硫酸将逐渐减少 而水将逐渐增多 电解液比重下降 蓄电池在充电时 电解液中的硫酸将逐渐增多 而水将逐渐减少 电解液比重增加 化学反应式 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O 在充放电时 电解液浓度发生变化 主要是由于正极板的活性物质化学反应的结果 因此要求正极板处的电解液流动性要好 蓄电池放电终了时 极板上只有20 30 的活性物质转变为硫酸铅 因此 要减轻铅蓄电池的重量 提高供电能力 应设法提高极板的空隙度 减少极板的厚度 以提高极板活性物质的利用率 小结 1 3蓄电池的工作特性 1 电动势和内阻 在蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时 蓄电池的电动势称为静止电动势 其大小取决于电解液的比重和温度 静止电动势Ej在15 时和电解液的比重关系可近似表示为 蓄电池的内阻包括极板 隔板 电解液 连接条和极桩等的电阻 1 3蓄电池的工作特性 2 蓄电池的充电特性 蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中蓄电池的端电压Uc 电动势E和电解液比重 15 随时间的变化规律 1 3蓄电池的工作特性 2 蓄电池的放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中蓄电池的端电压Uf 电动势E和电解液比重 15 随时间的变化规律 图1 6蓄电池放电特性 1 4蓄电池的容量 1 额定容量额定容量是指完全充电的蓄电池 在电解液温度为30 时 以20h放电率的电流连续放电到单格电池端电压降到1 75V时所输出的电量 用C20 Ah 表示 2 额定储备容量蓄电池的额定储备容量是指完全充足电的蓄电池 在电解液温度为30 时 以25A电流放电到单格电池端电压降到1 75V时 放电所持续的时间 单位为min 分钟 它说明当汽车充电系统失效时 汽车尚能持续提供25A电流的能力 用Cr n min 表示 C20 133 3 3 影响蓄电池容量的因素1 放电电流 2 电解液温度 3 电解液比重 1 免维护蓄电池 铅蓄电池在使用时 消耗水的途径一是水的蒸发 二是水的电解 免维护蓄电池在使用中不需加水 结构特点 极板栅架采用铅钙锡合金或低锑合金 含锑2 3 5 制作 减少了析气量 耗水量 隔板采用袋式微孔聚氯乙稀隔板将极板包住 壳体底部不需凸筋 使电解液储存量增多 通气孔采用新型安全通气装置 阻止水蒸气和硫酸气体通过 单格电池间的连接条采用穿壁式贯通连接 减小了内阻 1 5其他的铅蓄电池 2 智能蓄电池智能蓄电池是指由起动用蓄电池 短时大电流 有压降 和普通蓄电池 长时小电流 无压降 组成 L M G S 1 起动机2 充电和隔离模块3 起动蓄电池4 交流发电机5 用电设备6 发动机管理系统7 普通蓄电池 1 6氢燃料电池 1 驱动蓄电池的性能要求主要性能指标 比能量Wh Kg 能量密度Wh L 比功率W Kg 功率密度W L 循环次数 使用寿命 成本性能要求比能量140Wh Kg以上 一次充电行驶里程240Km以上 循环充电800次以上 几种电池的比较 比能量Wh Kg 铅酸镍氢钠硫锂离子飞轮电池燃料电池40 5050 8090 100150150200 250 2 燃料电池燃料电池是利用氢和氧结合生成水的过程而进行发电的 电极板一般由几十至几百微米厚的多孔隔板制成 两侧附有超微粒铂 催化剂 电解质只允许离子通过 而不允许电子通过 工作原理 H H2 H2O O2 e I 铂 电解质 负极板处的氢在铂的催化作用下 分解为氢离子和电子 氢离子经电解质到达正极板 正极板处的氧在铂的催化作用下